二、實驗題部分1力學基礎性實驗1.(2023·河北保定一模)用如圖a所示的裝置研究平拋運動,請完成相關實驗內容。(1)將斜軌固定在桌面上,反復調節斜軌末端成水平。(2)在末端出口處安裝光電門并調節其到適當位置。將貼有坐標紙的木板緊靠在斜軌出口處豎直放置,并在坐標紙上將出口處標為O點,過O點作水平線為x軸、豎直線為y軸。(3)用螺旋測微器測量小球的直徑d,讀數如圖b所示,則d=mm。

(4)從斜軌上釋放小球,用每隔130(5)從數字計時器讀得小球通過光電門的遮光時間為6.2×103s,則小球通過光電門時的瞬時速度為v1=m/s。(結果保留2位有效數字)

(6)根據頻閃照片中記錄的信息,在圖a的坐標紙上標出小球離開斜軌后的5個連續位置A、B、C、D、E,讀得A、E兩位置的水平距離為12.00cm,由此可求得小球做平拋運動的初速度為v2=m/s。(結果保留2位有效數字)

(7)多次實驗發現總是有v1>v2,導致這個結果的可能原因有。(填選項前的字母,多選)

A.小球在軌道斜面上受摩擦阻力B.小球平拋運動過程受空氣阻力C.小球平拋運動軌跡平面與坐標紙不平行D.小球經過光電門時,球心與光線不在同一高度解析:(3)小球的直徑d=6mm+20.0×0.01mm=6.200mm。(5)小球通過光電門時的瞬時速度為v1=dt=6(6)相鄰兩點間的距離和時間間隔分別為3.00cm、130s,所以小球做平拋運動的初速度為v2=xt=(7)軌道斜面的作用是使小球獲得一個水平初速度,小球在軌道斜面上受摩擦阻力并不影響v2的大小,故A不符合題意;小球平拋運動過程受空氣阻力,使得小球水平方向做減速運動,水平位移偏小,v2值偏小,故B符合題意;小球平拋運動軌跡平面與坐標紙不平行,會造成小球運動過程中在坐標紙上的水平投影位移偏大,v2偏大,故C不符合題意;小球經過光電門時,球心與光線不在同一高度,會造成遮光時間變短,則造成v1偏大,故D符合題意。答案:(3)6.200(5)1.0(6)0.90(7)BD2.(2023·湖南湘潭模擬)某實驗小組用如圖甲所示的裝置來探究彈簧彈力F和彈簧長度L的關系,把彈簧上端固定在鐵架臺的橫桿上,記錄彈簧自由下垂時下端所到達的刻度位置,然后在彈簧下端懸掛不同質量的鉤碼,記錄每一次懸掛鉤碼的質量和彈簧下端的刻度位置,實驗中彈簧始終未超過彈簧的彈性限度,通過分析數據得出實驗結論。(1)實驗時認為可以用鉤碼所受重力的大小來代替彈簧彈力的大小,這樣做依據的物理規律是。

(2)以彈簧受到的彈力F為縱軸、彈簧長度L為橫軸建立平面直角坐標系,依據實驗數據作出FL圖像,如圖乙所示。由圖像可知,彈簧自由下垂時的長度L0=cm,彈簧的勁度系數k=N/m。(結果均保留2位有效數字)

(3)該小組的同學將該彈簧制成一把彈簧測力計,某次測量時彈簧測力計的指針如圖丙所示,彈簧測力計所測力的大小F=N。

解析:(1)鉤碼靜止時其所受重力大小等于彈力的大小,這樣做依據的物理規律是共點力的平衡條件。(2)根據胡克定律F=k(LL0),可得題圖乙的FL圖像的橫截距即為彈簧的自然長度L0,斜率即為彈簧的勁度系數k,所以可得L0=4.0cm,k=16-0(20-4(3)題圖丙中彈簧測力計的示數為F=8.00N。答案:(1)共點力的平衡條件(2)4.01.0×102(3)8.003.(2023·湖北卷,11)某同學利用測質量的小型家用電子秤,設計了測量木塊和木板間動摩擦因數μ的實驗。如圖甲所示,木板和木塊A放在水平桌面上,電子秤放在水平地面上,木塊A和放在電子秤上的重物B通過跨過定滑輪的輕繩相連。調節滑輪,使其與木塊A間的輕繩水平,與重物B間的輕繩豎直。在木塊A上放置n(n=0,1,2,3,4,5)個砝碼(電子秤稱得每個砝碼的質量m0為20.0g),向左拉動木板的同時,記錄電子秤的對應示數m。(1)實驗中,拉動木板時(選填“必須”或“不必”)保持勻速。

(2)用mA和mB分別表示木塊A和重物B的質量,則m和mA、mB、m0、μ、n所滿足的關系式為m=。

(3)根據測量數據繪制出mn圖像,如圖乙所示,可得木塊A和木板間的動摩擦因數μ=(結果保留2位有效數字)。

解析:(1)無論木板是否勻速,木塊始終保持靜止狀態,所受合力為零,且木塊與木板間的滑動摩擦力與兩者之間的相對速度無關,則實驗拉動木板時不必保持勻速。(2)對木塊、砝碼以及重物B分析可知μ(mA+nm0)g+mg=mBg,解得m=mBμ(mA+nm0)。(3)根據m=mBμmAμm0·n,結合圖像可知μm0=56-答案:(1)不必(2)mBμ(mA+nm0)(3)0.404.用如圖所示的裝置來探究小球做圓周運動所需向心力的大小F與質量m、角速度ω和半徑r之間的關系。兩個變速塔輪通過皮帶連接,轉動手柄使長槽和短槽分別隨變速塔輪勻速轉動,槽內的鋼球就做勻速圓周運動。橫臂的擋板對鋼球的壓力提供向心力,鋼球對擋板的反作用力通過橫臂的杠桿作用使彈簧測力套筒下降,從而露出標尺,標尺上的等分格顯示出兩個鋼球所受向心力的比值。如圖是探究過程中某次實驗時裝置的狀態。(1)在研究向心力的大小F與質量m關系時,要保持相同。

A.ω和r B.ω和m C.m和r D.m和F(2)如果兩個鋼球質量和轉動半徑相等,則是在研究向心力的大小F與的關系。

A.質量m B.半徑r C.角速度ω(3)若圖中標尺上紅白相間的等分格顯示出兩個小球所受向心力之比為1∶9,則根據實驗可知,與皮帶連接的兩個變速塔輪的半徑之比為(填選項前的字母)。

A.1∶3 B.3∶1 C.1∶9 D.9∶1(4)實驗得到的向心力大小F與質量m、角速度ω和半徑r之間的關系表達式為。

解析:在研究向心力的大小F與質量m、角速度ω和半徑r之間的關系時,需先控制其中兩個物理量不變,研究另外兩個物理量的關系,該方法為控制變量法。(1)根據控制變量法的原理可知,在研究向心力的大小F與質量m的關系時,要保持其他的物理量不變。即保持角速度與半徑相同,故A正確。(2)兩球質量和轉動半徑相同,則研究的是向心力與角速度的關系,故C正確。(3)兩球的向心力之比為1∶9,半徑和質量相等,根據F=mω2r,則轉動的角速度之比為1∶